礦井通風系統信息化集成技術研究

何 先 庭

（云南省麗江市華坪縣船房鄉應急中心，云南 麗江 674800）

0 引 言

礦井通風系統作為井下六大系統之一，可使井下人員和設備處于新鮮風流中，保證作業人員和設備的安全，排除井下積聚的瓦斯，可見其對煤礦的安全生產有著較大的影響[1-2]。然而，受煤礦開采環境的制約，礦井通風系統布置較為復雜，且不同時期的通風系統需要隨著生產進度而不斷改變和調節，傳統通風系統則是靠人力監測巷道中的風阻、風壓和風量等參數，監測數據不及時且誤差較大，更沒有統一性，由此帶來一系列的通風問題，如風阻過大、風量過小、不能及時排出積聚瓦斯等，嚴重影響井下的安全生產，因此研究礦井通風系統信息化集成技術具有極為重要的意義[3-5]。

1 礦井通風系統信息化的基本概念

礦井的日常生產中井下通風系統設備繁多，種類及廠商不一，產生的大量生產數據，格式多變，各設備和工作面之間形成信息孤島，數據不具備統一性，難以實現數據共享，且無法實現數據可視化。礦井通風系統信息化集成技術是利用計算機技術、通信技術、智能控制技術、可視化技術和數據處理技術，實現礦井通風系統數據的統一處理和共享，并將數據可視化，建立智能化、現代化、信息化的高效能礦井。礦井通風系統信息化集成技術的基本執行架構如圖1 所示。

圖1 礦井通風系統信息化集成技術執行架構圖

近年來隨著科學技術的發展，越來越多的現代化計算機技術在煤礦領域中得到了應用，同時“智慧礦山”的理念也隨之被學者和工程師們提出，智慧礦山可在節省大量人力、物力的條件下實現更高的安全保證，將是未來礦山的發展方向。而礦井通風系統的信息化集成技術則是智慧礦山的基本組成部分之一，也是建立智慧礦山的前提。礦井通風系統信息化集成技術的應用具有以下優點：

1）可改變以往人工監測瓦斯、煤塵和一氧化碳等有毒有害氣體的低效模式，采用信息化集成技術實現對井下有毒有害氣體的統一實時監測，發現有異常數據時能及時預警并排除。

2） 可使礦井通風系統的信息數據實現統一化管理，提高信息管理效率，避免重復采集數據信息，并通過算法將信息關聯分析，得到更為可靠的分析結果。

3）有利于輔助礦井決策部門做出正確的決策，信息化集成技術可通過分析數據，找出礦井通風系統中潛在的風險，這些風險將呈遞給決策部門，從而提高其決策能力，避免單純的依靠工程經驗進行決策。

4） 信息化集成技術采用計算機和通訊技術實現數據的采集、整理、分析和處理等，取代了以往報表管理的模式，提高了礦井通風管理的效率。

5）信息化集成技術可使礦井通風數據可視化，使得本來雜亂無章、毫無規律的通風數據變為生動形象的圖像呈現出來，有助于工程師找出數據之間的規律，并挖掘更多的潛在信息。

6）可使礦井生產成本降低，信息化集成技術采用大量的計算機和智能設備代替人工，同時具有極高的工作效率和準確性，能降低人力、物力成本，提高礦井的經濟效益。

2 礦井通風系統信息化的初步設計

礦井通風系統的信息化建設并不是一個“單打獨斗”的過程，而是需要與其他系統相互結合、相輔相成。礦井通風系統的數據來源主要包括礦井安全監測系統、礦井自動報警系統和礦井人員定位系統等。

2.1 礦井通風系統信息化原則

1）先進性。礦井通風系統信息化集成技術是智慧礦山的組成部分，應采用國內、國際標準實現標準化和可拓展性，并運用較為成熟可靠的算法、高效率的運算速度，保證系統的先進性。

2）整體性。礦井通風系統的信息化是一個復雜的系統性工程，該系統既包括井下的數據采集傳感器和命令執行器，又包括地面的主機和風扇等。各個部位和設備需要相互配合，從而形成完整可靠的信息化系統，因此，礦井通風系統的信息化必須具有整體性。

3）易操作性。根據煤礦生產行業的特點，礦井通風系統信息化技術可提供簡便和友好的人機交互界面，并使數據可視化，同時具備信息檢索等功能。

4）有效性。礦井通風系統信息化集成技術通過數據的采集、處理和可視化消滅信息孤島，保證數據存儲的安全和可靠性，該系統投資較大，因此必須保證具有切實的實際作用，即保證投資的有效性。

5）針對性。礦井開采是一次性的工程項目，每個礦井都有其獨特的地質條件和開采特點，因此礦井通風系統信息化集成技術，應實現在國家有關標準的前提下，采用適合自身生產和需要的技術和功能，選擇性的增加和刪減系統。

2.2 礦井通風系統信息化集成技術架構

礦井通風系統信息化集成技術的基本架構如圖2 所示。

圖2 礦井通風系統信息化集成技術的基本架構

如圖2 所示礦井通風系統信息化集成技術的基本架構由設備層、數據層和應用層組成。設備層是采用PC 分布式系統、機電一體化設備或PLC 系統，以及生產過程中的監測監控系統構成，設備層可實現對井下安全和通風系統參數的控制與監測。數據層是利用數據集成技術對設備層傳輸過來的數據進行統一管理和存儲，實現數據的規范化和標準化。應用層是利用數據可視化技術讀取數據層的數據并以直觀、形象的可視化圖片表示出來，供工程師進行參考和研判，且礦井各部門可通過應用層實時查詢井下各地點的瓦斯濃度、風量、風壓和一氧化碳濃度等通風參數。

圖3 數據倉庫的建設

3 礦井通風系統信息化數據集成

數據倉庫的建立是實現礦井通風系統信息化集成技術的重要前提，礦井通風系統信息化數據倉庫的建設主要包括兩種方式：由上向下和由下向上。由上向下是先建立礦井通風系統信息化的全局數據倉庫，再根據礦井的具體生產情況，建立各部門的數據倉庫；由下向上則反之，先建立各部門的數據倉庫，再統一匯聚成全局的數據倉庫。針對煤礦生產企業的特點，從成本及運營方面考慮，選取由下向上的方式較為合理，數據倉庫的建設如圖3 所示。

礦井通風系統信息化集成數據倉庫包括5 個分層分別為：數據采集層、數據儲存與分析層、數據共享層和數據應用層，其數據倉庫技術架構如圖4 所示。

圖4 礦井通風系統信息化數據倉庫架構

如圖4 所示，數據采集層導入不同的數據源；數據儲存與分析層對采集的數據進行標準化的存儲和處理，剔除無用或重復數據，保證數據所應具備的格式和一致性；數據共享層一般采用星型結構或雪花結構來實現不同主題的數據共享；數據應用層是數據的高度匯總層，可提供數據可視化前端頁面，是實現友好人機交互的基礎。

4 結 論

1）指出了了礦井通風系統信息化的基本概念，并從不同方面對該系統的優點進行了說明，闡述了礦井通風系統信息化集成技術建設的基本原則。

2）對礦井通風系統信息化集成技術的技術架構進行了分析，主要包括設備層、數據層和應用層，說明了礦井通風系統信息化數據倉庫的構建過程和技術架構。